实现联网监控！太阳能控制器电路改造不简单

本文详细的介绍了针对现有的太阳能控制器进行改造，将光伏电源最大功率点设置集成到太阳能控制器中，借助于串口通信技术实现了主从机的通信连接，借助GSM 技术实现了主机与监控中心之间的通信连接，最终实现了太阳能控制系统的联网监控。因此该系统不仅提高了太阳能的利用效率，还实现了太阳能控制器间的无线数据传输，提高了现有太阳能路灯控制器的使用价值。

由于我们知道的目前太阳能路灯控制系统都是属于独立光伏控制系统，主要由六个部分组成：太阳能电池、蓄电池、LED路灯、控制器、充电电路、放电/负载驱动电路。主机的系统结构图如图1所示。太阳能电池板输出经CUK电路调节后直接与蓄电池连接，系统主控芯片采用DSPIC30F3011单片机，实现太阳能板电压采集、蓄电池电压采集、控制CUK 电路、控制LED灯头、主从机间485通信、主机与监控中心或工作人员间的连接等功能。

图1 主机的系统结构

我们由上图的结构图可以看到控制电路的主芯片采用DSPIC30F3011，主要控制功能包括：太阳能板电压采集；CUK电路选通控制；蓄电池电压采集;卸荷电路控制；LED灯头控制；RS485通信；GSM模块发送短信控制；路灯开关控制；工作模式控制等。主机原理图如图2、图3和图4所示，其中图2为主控芯片DSPIC30F3011的原理图。图3所示为电压采样电路和CUK电路，由于太阳能板电压和电池电压都在0～35V变化，而单片机的A/D输入电压范围为0～5V，所以对采样电压进行分压处理后传送给单片机的A/D转换通道，CUK电路用于调节太阳能板的最大输出功率点，其选通开关通过单片机PWM3输出控制。　　 

图2 DSPIC30F3011原理

图3 电压采样电路和CUK电路

下图为LED灯头控制电路和卸荷电路，单片机通过对太阳能板和蓄电池电压监测来控制LED灯头，通过PWM0和PWM1分别来调节LED灯的开关及亮度。当蓄电池电压高压30V时，单片机通过对PWM2脚的控制启动卸荷，实现对蓄电池的放电。

图4 LED灯头控制电路和卸荷电路

太阳能路灯联网监控系统的总体通信连接图如图5所示，DSPIC30F3011单片机具有双串口，主机中的一路串口与从机进行RS-485通信，另一路串口用于控制GSM模块，即与MC39i模块进行通信连接，控制MC39i发送短信给监控中心。

图5 总体通信连接

一般来说由于太阳能的路灯间距大致为几十米，所以系统中主从机间的通信连接的距离可以达到几百米甚至上千米，最大传输速率为10 Mb/s，而且还可以实现多点通信方式，从而可以建立起一个小范围内的局域网。图6为DSPIC30F3011单片机与MAX485连接的硬件连接图，DSPIC30F3011与MAX485之间通过6N136进行隔离，以确保数据传输的准确性。主、从机均留出串口与MAX485连接，各个MAX485芯片的A、B和GND管脚相互连接。主、从机不断地对太阳能板电压和蓄电池电压进行检测，发生低电时从机将及时向主机传送信息。基于GSM通信技术的无线测控系统具有通用性好、地理覆盖面广、免调试维护、运营费用低和控制方式灵活等特点，因此主机和监控中心间采用GSM通信模块进行信息传输。DSPIC30F3011单片机对太阳能板电压和蓄电池电压进行采样比较，当采样值低于设定值时发送短信“太阳能板电压不足”或“蓄电池电压不足”给监控中心，单片机还可以对路灯工作状态进行监控，出现异常时，以短信形式传送给监控中心。

图6 DSPIC30F3011与MAX485 接线